3.5: Acidi Nucleici

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DNA e RNA

I due principali tipi di acidi nucleici sono l’acido desossiribonucleico (DNA) e l’acido ribonucleico (RNA). Il DNA è il materiale genetico che si trova in tutti gli organismi viventi, dai batteri unicellulari ai mammiferi multicellulari. Si trova nel nucleo degli eucarioti e negli organelli, cloroplasti e mitocondri. Nei procarioti, il DNA non è racchiuso in un involucro membranoso.

L’intero contenuto genetico di una cellula è noto come genoma, e lo studio dei genomi è la genomica. Nelle cellule eucariotiche, ma non nei procarioti, il DNA forma un complesso con le proteine istone per formare la cromatina, la sostanza dei cromosomi eucarioti. Un cromosoma può contenere decine di migliaia di geni. Molti geni contengono le informazioni per creare prodotti proteici; altri geni codificano per prodotti RNA. Il DNA controlla tutte le attività cellulari accendendo o spegnendo i geni”

L’altro tipo di acido nucleico, l’RNA, è principalmente coinvolto nella sintesi delle proteine. Le molecole di DNA non lasciano mai il nucleo, ma usano invece un intermediario per comunicare con il resto della cellula. Questo intermediario è l’RNA messaggero (mRNA). Altri tipi di RNA – come l’rRNA, il tRNA e il microRNA – sono coinvolti nella sintesi proteica e nella sua regolazione.

DNA e RNA sono costituiti da monomeri noti come nucleotidi. I nucleotidi si combinano tra loro per formare un polinucleotide, DNA o RNA. Ogni nucleotide è formato da tre componenti: una base azotata, uno zucchero pentoso (a cinque carboni) e un gruppo fosfato (Figura \(\PageIndex{1}). Ogni base azotata in un nucleotide è attaccata a una molecola di zucchero, che è attaccata a uno o più gruppi fosfato.

Si mostra la struttura molecolare di un nucleotide. Il nucleo del nucleotide è un pentoso i cui residui di carbonio sono numerati da un primo a cinque primi. La base è attaccata al carbonio uno primo e il fosfato è attaccato al carbonio cinque primo. Nei nucleotidi si trovano due tipi di pentosi: ribosio e desossiribosio. Il desossiribosio ha un H invece di OH nella posizione due prime. Cinque tipi di basi si trovano nei nucleotidi. Due di queste, adenina e guanina, sono basi puriniche con due anelli fusi insieme. Le altre tre, citosina, timina e uracile, hanno un solo anello a sei membri.
Figura \(\PageIndex{1}): Un nucleotide è formato da tre componenti: una base azotata, uno zucchero pentoso e uno o più gruppi fosfato. I residui di carbonio nel pentoso sono numerati da 1′ a 5′ (il primo distingue questi residui da quelli della base, che sono numerati senza usare una notazione di primo). La base è attaccata alla posizione 1′ del ribosio, e il fosfato è attaccato alla posizione 5′. Quando si forma un polinucleotide, il fosfato 5′ del nucleotide in arrivo si attacca al gruppo idrossile 3′ alla fine della catena in crescita. Due tipi di pentoso si trovano nei nucleotidi, il desossiribosio (presente nel DNA) e il ribosio (presente nell’RNA). Il desossiribosio è simile nella struttura al ribosio, ma ha un H invece di un OH nella posizione 2′. Le basi possono essere divise in due categorie: purine e pirimidine. Le purine hanno una struttura a doppio anello, mentre le pirimidine hanno un anello singolo.

Le basi azotate, importanti componenti dei nucleotidi, sono molecole organiche e sono così chiamate perché contengono carbonio e azoto. Sono basi perché contengono un gruppo amminico che ha il potenziale di legare un idrogeno in più, e quindi, diminuisce la concentrazione di ioni idrogeno nel suo ambiente, rendendolo più basico. Ogni nucleotide nel DNA contiene una delle quattro possibili basi azotate: adenina (A), guanina (G) citosina (C) e timina (T).

Adenina e guanina sono classificate come purine. La struttura primaria di una purina è costituita da due anelli di carbonio-azoto. La citosina, la timina e l’uracile sono classificati come pirimidine che hanno un singolo anello di carbonio-azoto come struttura primaria (Figura \(\PageIndex{1})). Ognuno di questi anelli di carbonio-azoto di base ha diversi gruppi funzionali attaccati ad esso. In biologia molecolare, le basi azotate sono semplicemente conosciute con i loro simboli A, T, G, C e U. Il DNA contiene A, T, G e C, mentre l’RNA contiene A, U, G e C.

Lo zucchero pentoso nel DNA è il deossiribosio, mentre nell’RNA lo zucchero è il ribosio (Figura \(\PageIndex{1}\)). La differenza tra gli zuccheri è la presenza del gruppo idrossile sul secondo carbonio del ribosio e dell’idrogeno sul secondo carbonio del desossiribosio. Gli atomi di carbonio della molecola di zucchero sono numerati come 1′, 2′, 3′, 4′, e 5′ (1′ si legge come “un primo”). Il residuo di fosfato è attaccato al gruppo idrossile del carbonio 5′ di uno zucchero e al gruppo idrossile del carbonio 3′ dello zucchero del nucleotide successivo, che forma un legame fosfodiestere 5′-3′. Il legame fosfodiestere non si forma per semplice reazione di disidratazione come gli altri legami che collegano i monomeri nelle macromolecole: la sua formazione comporta la rimozione di due gruppi fosfato. Un polinucleotide può avere migliaia di tali legami fosfodiesteri.